取水工程钢板桩格形围堰设计

□赵斌 苏超

取水工程钢板桩格形围堰设计

□赵斌 苏超

钢板桩格型围堰体形相对较小，易于布置，每个格体自成单元，已建格体可作相邻格体施工平台，可在流水中施工，随建随填，当空间受限或河床较窄的情况下，这种围堰工程布置具有优势。本文结合工程实际介绍钢板桩格型围堰的设计方法，为类似工程提供参考。

钢板桩格形围堰；圆形格体；稳定验算

土石围堰具有施工简便、造价低、等优点，是水利工程施工导流常用的临时建筑物。但有些时候，受客观条件限制，在空间上土石围堰难以满足工程布置要求。钢板桩格型围堰体形较小，能够很好的解决空间不足的问题。本文结合实际取水工程介绍该围堰的设计方法。

1.工程概况

某取水工程拟建泵站位于黄河岸边、现有稀土公司取水口下游，与该取水口相距20m，站址处河道宽150m左右，河底平均高程1370.0m。泵站采用合建式岸边取水泵房，由取水头部、水泵室、变配电室等部分组成。泵房基础采用板式基础，底板厚1.5m，建基面高程1367.5m。泵房地基采用砂卵石换填，换填高程范围1366.4m～1367.5m。

2.导流方式

工程导流建筑物级别为5级，导流标准为5年一遇。黄河为季节性河流，汛期流量较大，工程区冬季气温较低，综合考虑，取水泵站围堰施工时段定为4月1日至6月30日。经计算，导流时段内站址附近黄河5年一遇洪峰流量为2230m3/s。

受客观条件限制，工程拟建泵站与上游已建取水口相距仅20m，若采用普通土石围堰，施工空间不足。为保证不影响上游已建取水口正常引水，同时保证黄河充足过水断面，本工程岸边挡水围堰采用钢板桩格型围堰。

3.围堰设计

钢板桩格形围堰有圆形格体、鼓形格体、花瓣形格体等型式，考虑到便于施工，工程采用圆形格体围堰。该型式有以下特点：每个格体自成单元，一个破坏，不影响相邻格体；易于布置，可单独使用，与其他建筑物连接方便；已建格体可作相邻格体施工平台；在流水中施工，可随建随填，不留空格。

围堰设计基本计算参数如下：

格体内填筑砂卵石，填料内摩擦角φ=33°，天然容重γ=20kN/m3，浮容重γ’=12kN/m3。

站址处施工期天然河道5年一遇洪水位1375.7m，河床平均底高程1370.0m。

泵房基坑底高程1366.4m，地基土、岩分界线高程1366.9m～1367.5m。

根据挡水及基坑开挖情况，拟定围堰自基坑底算起的高度为11m，参照已建工程查相关表格，围堰圆形格体主仓格直径D取12.74m，相邻主仓格中心距2L=14.05m。

工程堰体建于岩基，且堰体不高，地基承载力、整体滑动稳定性不再验算，堰体计算主要包括：格形堰体抗剪切稳定性验算、抗滑稳定性验算，抗倾覆稳定性验算。圆形格板桩围堰采用等面积的矩形格体围堰替代进行稳定验算，验算按平面问题取单位长度围堰进行。

3.1 抗剪切稳定验算

格形堰体抗剪切稳定性以允许安全系数控制，一般为1.25～1.5，工程堰体不高，取平均值1.37。抗剪切稳定安全系数K计算公式为：K=Mt/Md

式中：

Mt—仓格填料和板桩锁口摩擦力对堰体计算底面处产生的抵抗力矩，（kN×m）；

Md—计算底面以上堰体前的荷载对堰体计算底面处产生的倾覆力矩，（kN×m）。

格形堰体抵抗力矩Mt采用北岛法计算，计算公式为：Mt=Mt0+Mts

仓格填料产生的抵抗力矩Mt0= (1/6)×γ×R0×

板桩锁口摩擦力产生的抵抗力矩

式中：

γ—填料容重，（kN/m3）；

H0、Hs—换算堰体高度，（m）；

B—换算堰体宽度，（m）；

φ—堰体内部填料内摩擦角；

f—板桩锁口摩擦系数。

3.2 抗滑、抗倾覆稳定验算

堰体抗滑、抗倾覆稳定性验算公式与重力式挡墙计算公式相同，本文从略。抗滑允许安全系数一般为1.25～1.5，工程取平均值1.37，抗倾覆允许安全系数一般为3～3.5，工程取3.25。

堰体所受荷载包括静水压力、浪压力、土压力、重力等，按相关公式进行计算。经计算安全系数均小于允许安全系数，所拟定格形围堰尺寸合理，满足稳定安全要求。

4.结语

与土石围堰相比，钢板桩格形围堰造价高，施工工艺相对复杂，但它也有自己的特点，如：断面尺寸小、抗冲能力强、修建时可进行干地施工或水下施工、钢板桩回收和重复使用率较高等，在施工空间受限或河床较窄的情况下，其优势就非常明显了。工程充分发挥钢板桩格形围堰的优势，在有限空间内修建临时挡水建筑物，确保了主体工程的顺利施工。□

2016-05-06

赵斌，男，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院，高级工程师。

苏超，男，汉族，南水北调中线建管局河北分局，高级工程师。